基于摩擦纳米发电机的自驱动可穿戴传感系统机理与应用研究

基本信息
批准号:61904111
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:孟博
学科分类:
依托单位:深圳大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
微机电系统能量采集自驱动系统可穿戴电子纳米发电机
结项摘要

In recent years, wearable sensing systems have mushroomed and become popular in daily life. It has become an important direction for the development of consumer and medical electronics. The inability to achieve long-term battery life has become a major bottleneck which limits their development. In this project, we focus on the key issues of long-term power supply and sensor system integration of wearable sensing systems. Based on the investigation of high-performance triboelectric nanogenerator, with the combination of flexible electronic manufacture technology, the objective of this project is to develop a new type of self-powered flexible wearable sensing system. In-depth research on the principles, methods and applications of self-powered wearable sensing systems will be carried out to solve the common issues such as flexible integration, high-efficiency energy harvesting, efficient power management and low-power sensing systems. Taking the advantage of triboelectric nanogenerator based energy harvesting technology, combination with the study of human motion characteristics, high-performance energy harvesting devices will be realized through optimized device structure design and efficient fabrication processes. The mechanical energy generated from human activities is efficiently converted into electrical energy, and efficient power management of the collected electrical energy will be developed. At the same time, the flexible printed circuit manufacture procedure will be used to realize the integration of the nanogenerator, the power management circuit and the sensing system, to realize the self-powered wearable sensing system.

可穿戴传感系统在近年发展迅速,是未来消费电子与医疗电子的重要发展方向;而无法实现长期续航成为了限制其进一步发展与应用的主要瓶颈。针对可穿戴传感系统的长期供电需求、传感系统集成等关键核心问题,本项目以高性能摩擦纳米发电机为切入点,结合新型能量采集技术与柔性集成制备工艺,提出一种新型的自驱动可穿戴传感系统。从基础理论和应用研究两方面对自驱动可穿戴传感系统的原理、方法及应用展开深入研究,解决高效率能量采集、高效率电源管理和低功耗电路、柔性集成等关键的共性问题。利用新型的摩擦纳米发电器件,结合人体运动特点,通过优化的器件结构设计和高效的制备工艺实现高性能的可穿戴式能量采集器件;将人体活动产生的机械能高效率地转化为电能,并对采集得到的电能进行高效率的电源管理和存储。同时,利用柔性印制电路等集成制备工艺,将纳米发电机、电源管理电路与传感系统集成于柔性衬底,实现电能完全自供给的自驱动可穿戴传感系统。

项目摘要

可穿戴传感系统是未来消费电子与医疗电子的重要发展方向,而无法实现长期续航成为了限制其进一步发展与应用的主要瓶颈。本项目以高性能可穿戴摩擦纳米发电机为切入点,从原理、方法和应用层面深入开展了可穿戴自驱动传感器件和自驱动传感系统的研究。基于人体运动特点和摩擦纳米发电机的材料与结构创新提出并实现了数种可穿戴摩擦纳米发电机器件,获得了良好的输出性能。在此基础上,进一步开展了基于摩擦纳米发电机的自驱动传感器件及可穿戴应用研究,开发实现的摩擦电传感器件在可穿戴医疗、运动传感和人机交互等展现了良好的应用价值。利用摩擦纳米发电机的高电压输出特点开展了可视化穿戴应用研究,实现了自驱动的发光穿戴系统。针对摩擦纳米发电机与负载电路间的阻抗匹配,设计并开发了一种基于电压比较的电源管理电路,实现了具有温度阈值感应和无线信号传输功能的热触发的自驱动无线传感系统。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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